卷烟包装机储烟上料机构设计

卷烟包装机储烟上料机构设计目 录 中文摘要与关键词 3英文摘要与关键字 4第一章 绪论 51.1 包装机械的主要特点及发展方向 51.1.1 包装机械是特殊类型专业机械 51.1.2 在发展专用机种的同时,积极开发通用包装机械 61.1.3 包装机械日趋联动化、高速化、自动化 61.2 包装机械工业的概况及展望 81.3 本课题研究目的及意义 10第二章卷烟包装机储烟上料机构传动系统总体方案 112.1 卷烟包装机的特点及组成 112.1.1 卷烟包装机的特点 112.1.2 卷烟包装机的组成 122.2 烟支输送工作原理 132.3 烟支供给和烟支输送系统 142.4 分析储烟上料机构的功能目标 152.5 确定储烟上料机构传动系统总体方案 15第三章 卷烟包装机上料机构的设计与计算 203.1 烟支上料机构与推烟机构的选择 203.2 凸轮机构传动的特点: 203.3 搅动凸轮机构的设计计算 203.3.1 确定从动件的运动规律: 203.3.2 确定凸轮机构的类型及机构尺寸: 213.3.3 凸轮的轮廓面的设计 223.4 搅动凸轮轮廓线的优化设计 25第四章 重要零件的尺寸计算与校核 274.1 轴的计算和校核 274.2 搅动凸轮强度校核 29第五章 对零件进行数字化建模 305.1PRO/ENGINEER 简介 305.2 对典型零件的数字化建模 305.2.1 搅动杆的数字化建模 315.2.2 其他重要零件的数字化建模 33第六章结论 36参考文献 37致谢 39中文摘要与关键词摘要:分析现有卷烟包装机储烟上料机构的原理以及性能,运用所学知识对其烟支上料机构和推烟机构进行设计,使机构结构更加紧凑,能够按完成容纳烟支、理顺烟支、将推烟机构推出的 20 支烟整理成 7-6-7 排列的形式等功能,分析机构的运动方案,选定上料机构其上料机构主要由电磁振荡器、摆动器、曲柄轮、摆动板、凸轮、拖板、搅动杆等组合完成所要求的运动。利用电磁振荡带动的摆动器和由曲柄轮带动的摆动板及凸轮,拖板带动搅动杆完成烟支下落运动。在对其进行分析计算过程中确定凸轮的理论轮廓线、实际轮廓线,确定主要零件的相关尺寸。运用 UG 对单个零件进行数字化建模,以便更好的清楚的了解它的几何特征。关键字:卷烟包装机,上料机构,推烟机构,搅动凸轮,PRO/E,数字化建模。英文摘要与关键字Abstract: The analysis of existing cigarette packing machine feeding smoke reservoir bodies, as well as the principles of performance, the use of the knowledge of their feeding cigarette smoke and pushing agencies to design, so that institutional structures are more compact and able to accommodate the completion of cigarette, the justifications for Shun cigarette, tobacco agency postponed the introduction of 20 cigarettes with organized into the form of 7-6-7 and other functions, analysis of body movement program, the selected agencies on which the material is expected mainly from the electromagnetic oscillator, swing, and crank wheel, swing board, cam, extension units, such as stirring rod to complete the required combination of the movement. The use of electromagnetic vibration and swing-led round led by the crank and cam swing plate, extension units under agitation led to complete missing movement cigarette. In their analysis to determine the course of the theory of the cam contour, the actual contour, to determine the relevant size of the main parts. The use of UG to the number of individual parts of the modeling in order to better understand its clear geometric characteristics.Keyword: Cigarette packing machine,Feeding agencies,Push smoke agencies,Stir cam,PRO/E,Digital Modeling 第一章 绪论1.1 包装机械的主要特点及发展方向 包装机械的作用是给有关行业提供必要的技术装备,以完成所要求的产品包装工艺过程。1.1.1 包装机械是特殊类型专业机械包装机械为特殊类型的专业机械,机种繁多,综合研究工艺、材料、设备乃是开拓包装新技术的根本途径。包装物品不仅花色品种多,而且大都是可变化的,如不同粘度的液体,不同粒度的散体和各种片状、块状、束状、环状及异形的物体等。而且人们对食品、药品、日用消费品等的包装还常提出更多更高的要求,以致在客观上便形成了包装机械突飞猛进、更新较快的局面。任何事物之间总有它们的共性与个性。若能按照具体条件探索出一种模块化或称积木式的包装机械体系,通过适当改变模块的组合,使之具有不同的功能和生产能力,那么必会有助于简化设备构造,实现设计制造的计算机化,缩短工作周期,降低生产成本,增强市场竞争能力。 鉴于大多数包装机构复杂、动作精确、运行速度快、工位多,所以应力求其工作协调可靠,尽量少发生故障和误动作。为此,要设法改善自动包装机及自动包装线的整机造型、总体布局、故障显示和安全防护等措施包装材料是包装工业的基础。选择合适的包装材料为有效地利用资源,提高生产与运输效率,节约能耗,降低成本和广开销路创造了有利的条件。从五十年代起,有机合成、金属冶炼等工业部门取得了迅速发展,并给包装工业部门提供了相当丰富的新型材料、容器、涂料、油墨和粘合剂。从而使包装技术方法、结构设计和所用的机械设备产生了革命性的变化。当前,液体软包装尤其是无菌软包装发展很快。借助塑料、铝箔、纸及其多层复合材料制作的各种形式的袋、管、瓶、罐,大都用于充填果汁、牛奶、酱类、油脂、冰淇淋、洗涤剂和化妆品等物料。其优点是,保护作用好,便于贮藏、运输、携带、使用,而且资源丰富,成本低,能回收处理。1.1.2 在发展专用机种的同时,积极开发通用包装机械 包装机械在发展专用机种的同时,为满足现代包装的实际需要正在不断扩大其通用能力,积极开发各种新型的通用包装机。 研制通用包装机的目的 ,一是要适应被包装物品、包装材料和包装形式的多样化;二是要照顾制造使用单位的技术力量、设备配备和生产成本。 近十多年内,高强度的卷筒纸和玻璃瓶开始应用于包装工业领域,加上大大改进了机械的结构材料、制造装配精度和传动控制系统,还增设了自动供料、接头等装置,结果使裹包机、灌装机都得以大幅度地提高生产能力。 新近问世的压敏贴标机因具有结构简单、工艺先进、通用性强等优点已被大量采用 。此标签预涂一层持久性压敏粘合剂、再匀敷到加有硅酮的卷带上。工作时借专用机构展开,至转折处将标签脱开而移于物件所要贴的部位上。 关于装盒箱机械的发展方向是进一步扩大多种、多规格的单件或组合件的包装,加上盒箱型变化多、变化快,因而大都属于充填或裹包类型的装盒箱机械,其通用化程度越来越高了。 当前,在提高包装机通用能力方面又取得了不少新进展。例如对装箱、封箱、捆扎、结扎等流水线传送来的多规格物件,已经能够实现随机处理。当它们一到达包装工位便可自动调节执行机构而完成所规定的包装作业。 在强调通用包装机的发展时,还要注意发展专用机种。现以胶囊和卷烟的包装为例,鉴于其形状和尺寸能保持相对稳定,因而宜于选用专用包装机,以便简化结构和控制系统,大幅度提高生产能力并且可组成多功能包装机或者自动包装线。1.1.3 包装机械日趋联动化、高速化、自动化 包装机械日趋联动化、高速化,并相应提高自动化技术水平,使设备功能逐步完善。在这方面,国际包装机械的发展大体上经历了四个主要阶段: 第一阶段?从本世纪初直至第二次世界大战结束以前,在食品、医药、卷烟、火柴、日用化工等工业部门实现了包装作业的机械化。 第二阶段?五十年代,包装机广泛采用以普通电开关和电子管为主的自动控制系统,实现了初级自动化。 第三阶段?六十年代,以机电液气综合技术包括由晶体管等元件组成的控制系统装备起来的先进包装机明显增多,机种进一步扩大,在此基础上实现了专用的自动包装。 第四阶段?七十年代,将微电子技术引入自动包装机和自动包装线,实现了由电子计算机控制的包装生产过程。从八十年代初开始,在某些包装领域里将微机、机械人更多地应用于供料、检测和管理等方面,准备向柔性自动包装线和“无人化”自动包装车间过渡。 在加速发展包装机械自动化的工作中;有些关健性问题值得认真考虑: 1 根据我国实际情况既要大力研制先进的全自动和半自动的包装机,还要对某些行业中有效、小型轻巧的手动包装工具与装置给予足够重视,以充分发挥其相辅相成的作用。2 为提高自动包装机的工作可靠性,必须设法简化结构、控制系统和操作程序,并尽量采用连续传动。3 包装自动化程度的高低会直接影响产品质量、能量消耗、操作环境和劳动生产率但这并非是确切估量机械结构复杂程度的唯一标志。 4 在包装机械自动化中,今后的主攻方向:一是包装材料、包装容器、被包装物品的自动整理、供送和成品输出,二是单机、联合机及作业线内部的自动协调工作和对故障、更换产品的自动处理;三是对包装质量的非接触式的自动检测以及不合格品自动剔除,并可随机地自动调节有关参数从而维持正常的工作条件;四是为适应多品种、小批量包装日益发展的实际需要,加强机电一体化,开辟新一代的柔性自动包装机和自动包装线,建立相应的生产管理体系。 当前,还有一些跨学科的高技术正引入到包装机械领域内,范围之广,令人瞩目 1 利用热管与电热丝的有机组合可改善某些裹包机充填规模高濒装置的热封效果。由于提高了封头的热容量和匀导热性,使得封口质量稳定可靠,还降低了加热温度与能量消耗。2 利用核热辐射如 射线可自动检测高速自动线土已密封好了的饮料罐内的液面高度。再有, 利用其他类型的传感器及电子装置还可自动检测单个或集积箱内的饮料罐的真空度。3 利用激光可对被连续供送的塑料瓶、玻璃瓶进行缺陷检查和标记光刻。4 利用光导纤维可沿包装机内狭窄弯曲的空间布置线路,近距或远距地传递光信号,实行高密度的集中控制。 5 利用图形识别技术可自动检测多种产品如药片、瓜果、鱼类等的形状大小、表面缺陷和贴标状况,以便按等级自动分类,剔徐不合格品,收到与人的判断几平相同的效果。 6 利用直线电机可驱动长行程的执行机构以代替气缸和油缸。 7 利用数控气动装置可实现快速动作和随意定位,有利于提高大负载自动包装机的工作性能和生产能力。 8 利用智能机械人可将小批量、多品种产品完成不同式样组合包装,特别适合于高挡品的装盒作业。而且新一代电子计算机的开发进一步表明,人们研制一种全新型设备,使它能模拟人类所从事的各种复杂包装工作。1.2 包装机械工业的概况及展望在世界范围内,包装工业的发展历史比较短些,科学技术发达的欧美各国大体上是在上个世纪初叶起步的,及至五十年代步伐才大为加快。由于社会上各方面的积极推动和有力配合,终于逐步地建立起包装材料、包装印刷、包装机械等生产部门和与之相适应的科研、设计、情报、教育、学术、管理等组织机构,进而形成了独立完整的包装工业体系,且在整个国民经济中占居着重要地位。1968 年,世界包装联盟 WPO 宣告成立,各国的包装行业与学术团体更加发展壮大。现在投产使用的包装机已超过千余种约半数属于食品包装机械,同时包装联合机及自动线的配套设备已与单机等量齐观了。根据世界新技术革命的发展趋势,预料包装材料以及与此紧密相关的包装工艺和包装机械将会取得一系列新的突破,并且带动更多的产业部门进入包装行列。这种形势反过来又会影响科研、教育事业,要求未来有大批包装专家。因此,一般认为,一个国家包装工业的总水平基本能反映该国工业与科学技术现代化的进程。然而由于各国的历史条件、社会制度、经济基础及科技水平有所差异,以致各自的发展状况也出现一定的不平衡。 美国的包装工业发展较早,门类齐全,基础扎实,水平很高。仅就包装机械制造业而论,实力相当雄厚,其品种与总产值均居世界首位。由于国内已实现了工业现代化,自选市场蓬勃兴起,客观上要求包装机械沿着自动化方向发展,并将电子计算机及其他有关新技术广泛应用于生产过程。 日本的包装工业大体上是从第二次世界大战结束以后才开始发展起来的。因善于引进、模仿、创新、经营,仅用十余年时间就奠定了初步基础。如今,日本已建立起独立的包装工业体系,其包装工业总产值约为美国的一半而跃居世界的第二位。日本拥有一批规模不大的包装机械制造厂,侧重于开发中小型、半自动的包装机及配套设备,其技术水平好多已进入国际的先进行列。由政府资助的日本包装技术协会主要搞技术情报交流。另外设有日本包装机械工业协会,它乃是本行业的全部业务活动中心。德国的包装机械工业非常发达,现拥有几家堪称世界最大规模的包装机械制造厂,其包装机械工业总产值仅次于美国,但每年的出口总额却比其他国家遥遥领先。还值得强调的是,它同意大利、英国、法国、瑞典、瑞士等国一样,能够结合本国的具体条件实行按机种的专业化生产,以利于充分发挥各自的优势研制高效能的新型包装机来加强竞争实力。我国有着悠久的包装历史。我国古代劳动人民对包装的发展曾做出许多杰出的贡献。特别是防腐包装、防震包装和礼品包装更带有民族的传统特色,一直延续至今。可是中国的现代包装工业起步比较迟缓,解放前只有几个大城市的少数啤酒厂、汽水厂、罐头厂、卷烟厂才配备一些包装机械。到了五十年代未期,开始引进仿造,形成小规模的生产能力。 进入七十年代,主要由于对外贸易的促进,带动了整个包装行业向自成体系的方向发展。 1980 年 12 月,中国包装技术协会成立。不久,中国包装总公司也相继诞生。此后,在国内陆续地举办了全国性和国际性的包装包装机械展览会、学术研讨会,还出版了我国有史以来第一部中国包装年鉴及其它包装技术书刊。这一切都标志着中国正在开创一个崭新的包装历史时期。近十多年内,中央曾采取一系列有力措施,有计划地改造从前遗留下来的陈旧设备,同时采取引进与研制相结合的办法,逐步提高我国包装机械的生产水平。 今后要运用系统工程观点,进一步统筹规划 ,分工发展食品、农副产品、医药、轻工、兵器等部门所急需的包装机械及包装线配套设备;还须抓好包装材料加工与成型机械、包装检测装置以及包装机基础件的生产;并且充分利用现有条件全面开展产品的系列化、零部件的通用化和标准化等工作,以加速包装机械更新换代的步伐。然而从全局看,我国的包装工业同国际的先进水平相比依然存在着明显的差距,尚且是国民经济中较为薄弱的一个环节。为尽快改变这种面貌,最近我国已制订并颁布了 1986?2000 年的全国包装工业发展纲要。其中提到:包装工业各行各业的技术、装备及管理水平要有较大的提高。1990 年,重点包装企业已达到国际八十年代初期先进水平。到 2000 年,重点包装企业要达到国际九十年代中期先进水平或国际同期先进水平。1.3 本课题研究目的及意义本课题主要研究包装机上料机构运动方案的选择与设计,主要完成对其凸轮机构装置进行设计。 课题的主要内容是在了解卷烟包装原理与性能的基础上根据原有的包装机储烟上料机构尺寸、参数完成上料机构内部凸轮装置设计。首先分析卷烟包装机上料机构的原理和性能,对其进行功能分析及工艺动作分解,拟订功能目标;提出几种卷烟包装机上料机构运动方案,进行评价确定最优方案;然后对上料机构传动系统进行设计,确定重要零件的尺寸,最后运用 PRO/E 对它们进行数字化建模。本课题主要工作任务:1)确定卷烟包装机储烟上料机构的总体结构设计方案;2)设计卷烟包装机储烟上料机构的总装图;3)设计卷烟包装机储烟上料机构的零件图;4)设计说明书及相关文件5)外文翻译。第二章卷烟包装机储烟上料机构传动系统总体方案2.1 卷烟包装机的特点及组成 2.1.1 卷烟包装机的特点卷烟包装机是变频调速、光电检测、质量监控、积木化结构设计、视频显示、机械手等先进技术综合应用的结果,具有较高的自动化程度,较高的包装速度和质量,能满足不同的包装要求。卷烟包装机可自动剔除缺少滤嘴的烟支组;可自动剔除缺支小包;可自动剔除内衬纸残缺的小包;可自动剔除商标纸残缺的小包和条包;可自动剔除透明纸残缺的小包和条包;可自动更换卷筒包装纸;可自动添加预切包装纸;能程序化启动与停机;正常停机能自动出空存料。卷烟包装机可以进行人机对话方式操作;显示器可以显示把生产线的运行情况;机器出现故障时,可以提示故障点的位置;机器修复后,可以指示恢复运行的指令。卷烟包装机的最大特点是可变换性。生产线中的各单机只要更换部分零部件不仅可以包装不同长度、不同直径不同支数以及不同排列形式的烟包,而且还可以适应不同的包装材料。卷烟包装生产线只要更换部分零件或对零件的安装位置进行调整,就可以使生产线发生以下变化:一是可以改变所包烟包的规格。二是可以灵活选择撕带线距烟包顶部的距离。三是可以改变撕带线的撕开方向,以满足顺时针或逆时针不同的撕包要求。四是可以改变条包的输入方向,以满足生产线左侧输入或右侧输入的不同组合要求。五是可以满足美式或欧式包装的要求。六是可以改变撕带线与透明纸的粘贴方式,既可选择热熔胶法粘贴,也可选择冷胶法粘贴,还可选择预上胶法粘贴。 根据其包装成型原理的不同,可分为两大类:一类是预制烟壳后,装填烟支成型,即首先将铝箔纸和商标纸裹包在一个金属模盒上预制成烟壳,然后再将已成型的烟支组装入烟壳;另一类是直接以烟支组为基准包装成型,即先将散烟支整理成烟支组,然后以烟支组为包装基准,直接在烟支组外裹包铝箔纸和商标纸。2.1.2 卷烟包装机的组成如图 2-1 所示,卷烟包装机按结构可以分为 9 部分:图 2-1 卷烟包装机示意图? 1.原材料供送系统。其作用是将原材料(烟支、烟包或条包等)按工艺要求进行定量排列和整理,并输送到包装成形区内的预定工位。 其包括 :a 原材料、包装材料、在制品、成品输送路线; b 机械动力传递路线; c 原材料、包装材料、在制品、成品检测、反馈控制路线。2.包装材料供给系统。其功能是将包装材料(内衬纸、商标纸、透明纸、条盒纸等)按工艺要求进行定长切割或从包装材料的料斗中取出,并逐张输送到包装成形区内的预定工位。?3.主传送系统。其功能是将被包装的烟支(或烟包)和包装材料从一个包装工位顺次传送到下一个包装工位。?4.包装成形系统。这是卷烟包装机的“加工中心”,其功能是将承接的烟支(或烟包)和包装材料按工艺要求包装成形。5.成品输出系统。其功能是将成形机构包装的烟包(或条包)按工艺要求送往下一机器或输出机外。?6.机械传动系统。这是卷烟包装机的“血液循环系统”,其功能是将主电机的运动和动力传递给各个执行机器和控制元件,使之实现预定动作。7.润滑系统的润滑系统。这是透明纸小包机的保障系统,其功能是对机器上各个运动部位进行润滑,以提高机器的工作效率,延长机器的使用寿命。8.检测控制系统。这是卷烟包装机的“神经中枢”,其功能是实现卷烟包装过程、质量、故障以及安全的检测与控制。?9.机身。这是卷烟包装机的“基础”,其功能是安装定位各个系统,保证各个系统之间的位置关系,此外还具有一定的保护和美化作用。 2.2 烟支输送工作原理 图 2-2 烟支输送流程示意图由卷烟机和翻盘机提供的烟支,经过烟支输送带传送进入包装机烟库。固定分离器将烟支分成两路再由菱形块搅动烟库的烟支,使烟支能恰当分流,以平衡7?6?7 三个下烟通道所需要的烟支。烟支搅动辊使其周围紧挨着的烟支经搅动后能逐一地进入下烟通道,避免产生两支烟挤在下烟通道口处而造成下烟堵塞。第一推进器的一组三个推烟排分三层把烟支推入模盒,烟支按 7?6?7 排列进入模盒成形后被同步输送带送至第二推进器前(烟组在输送过程中进行空头和缺支检测),由第二推进器把模盒中的烟组推入烟支交接轮(一号轮)。交接轮旋转180再由烟支交接轮推烟板和铝箔纸包装轮(二号轮)跟随板将烟组连同到位的铝箔纸推入铝箔纸包装轮。图 2-3 烟支输送原理示意图 1.烟支提升 2.烟支水平输送 3.加料头烟支控制板 4.烟支自落方向 5.固定分离器 6.导流块 7.菱形块 8.模盒 9.搅动辊 10.下烟通道2.3 烟支供给和烟支输送系统烟支供给和烟支输送系统由烟库、烟支第一推进器、模盒随动板机构、五功能机构、烟支第二推进器和模盒输送带等部分组成,见图 2-4图 2-4 烟支供给和烟支输送系统烟支第一推进器 2. 模盒输送带 3. 模盒随动板机构 4. 烟库5. 五功能机构 6. 烟支第二推进器2.4 分析储烟上料机构的功能目标储烟上料机构在卷烟包装机的最前端,它将卸盘机或其他机构提供的烟支,组成烟支组送入输入转塔,每个烟支组有 20 支烟,分成三层,成 7-6-7 排列。储烟上料机构的功能主要有三个:1、容纳烟支;2、理顺烟支;3、将推烟机构推出的 20 支烟整理成 7-6-7 排列的形式要实现上述三个功能主要解决烟支怎么样从烟库下落,怎样实现烟支组成 7-6-7 排列的烟支组,并且在整个过程中能够保证烟支质量,不出现褶皱、挤皱、划破、空头、缺支现象,下落速度能够满足包装速度要求。从前面的分析,要满足上述功能要求,储烟上料机构要在各个机构的配合运动下完成烟支的搅动和烟支排列过程。而这些运动的实现常常需要一些能实现特殊轨迹或完成特殊动作,并能达到预期位置的机构,凸轮机构的从动件能实现预期的运动规律,其它常用机构组合也能成功地满足其运动要求。而储烟上料机构要求精确的实现预期功能的运动,因此可拿出几种机构来比较其优越性,选出最优方案来。2.5 确定储烟上料机构传动系统总体方案我们做任何机构设计都必须满足机器特定的运动要求和功能要求,包括传递功率的大小、转速、运动形式、应力特征及运动轨迹、以及要适应的工作条件,满足工作可靠性,而且要结构简单、紧凑,使用维护方便,考虑其可行性及经济结构、制造成本、装配、运输等方面的费用,通过对各设计方案进行考察,最后决定选择设计方案。卷烟包装机储烟上料机构的设计也不例外,首先选定几种能完成预定功能的方案。方案一:烟库由烟支搅动装置和烟支下烟通道两部分组成。烟支搅动装置示意见图 2-5,用齿轮齿条等组成的搅动装置图 2-5 烟支搅动装置示意电机 2.小齿轮 3.齿轮 4.中间齿轮 5.偏心齿轮轴 6.内齿凸轮7、8.连杆 9、10.拉杆 11.摆杆电机是烟支搅动装置动力源,电机 1 带动小齿轮 2、齿轮 3 传至偏心齿轮轴偏心齿轮轴分两路传递:一路通过偏心轴带动连杆 7、大齿条,将动力传给23 个小齿轮从而带动 23 个搅动棍,另一路由偏心轴上齿轮带动中间齿轮 4、内齿凸轮 6,使内齿凸轮 6 上的凸轮通过小轴、滚子带动连杆 8 作摆动并使摆杆 11来回摆动,摆杆 11 摆动带动拉杆 9,拉动上排三个菱形块作摆动和带动拉杆 10拉动烟库后板拍打烟支端面使之平齐。烟支下烟通道烟支下烟通道由烟支缺支检测器和三组 7-6-7 共 20 个下烟通道组成。烟支缺支检测器用于检测下烟通道中烟支是否连续不断下落,当发现某一下烟通道无烟支时发出电信号停机。烟支下烟通道分左、中、右三组,由 23 块导烟板组成。方案二:烟库由烟支上料机构和推烟机构组成。推烟机构和烟支上料机构示意图见图 2-6 和 2-7 所示。其上料机构主要由电磁振荡器、摆动器、曲柄轮、摆动板、凸轮、拖板、搅动杆组成。图 2-6 推烟机构机构示意图图 2-7(a)烟支上料机构示意图图 2-7b 烟支上料机构示意图搅动上料工作原理为:在烟库侧面钢皮 12 上装有电磁振荡其 11 其带动的摆动器和有由曲柄轮带动的摆动板 19 及凸轮 24,拖板 23 带动搅动杆 20,经搅动的烟支就依次落入导烟片组(14、15、16、17)。导烟片组是由几块钢皮由螺栓固定起来其。为了使烟支下落顺利,通常将钢片之间的间隙稍微放大,如烟支直径为 9 毫米那么间隙取 9.5 毫米,当烟支下落到与车面接触位置时,则由夹板凸轮 1 将滑块 18 夹紧,然后由推烟板 29 将 21 支烟一次推出;其中一支的剔出是借助挡烟侧板 30 上的凸缘,将当中一层的一支烟挡住,并通过推烟板 29 上的半圆糟将挡下的一支并入第二批,从而完成七、六、七的推列。左、右烟托板分别用来将烟支托住,以防烟支在推烟扳通过后散落。为了监视烟支和剔除不合格的烟,将前墙板做成活络门。方案比较选择: 方案一和方案二都能够完成烟库预定功能即:容纳和理顺烟支,将推烟机构推出的 20 支烟整理成 7-6-7 排列的形式但相比之下:方案一结构复杂,制造加工工艺复杂,维修不太方便;且搅动速度太快,搅动动作不太平稳 ,烟支容易出现褶皱、挤皱、划破、空头、缺支现象。方案二结构简单,制造加工工艺相对简单,便于维修;凸轮机构运动速度较慢,运动平稳,结构紧凑,在一定程度上可以避免出现褶皱、挤皱、划破、空头、缺支现象。顾综合考虑选择方案二。第三章 卷烟包装机上料机构的设计与计算3.1 烟支上料机构与推烟机构的选择由于烟支上料机构的搅动凸轮的直径只有 78,对于这样的机构设计首先必须满足结构紧凑、合理,外形尺寸小,质量轻、效率高等特点。所以首先考虑凸轮结构,他们的共同点是结构紧凑,外形尺寸小,但考虑到其所要完成的运动要求,齿轮机构是不可能满足,所以我们选择了凸轮机构,它能根据其廓线圆满完成其运动功能,而且其结构紧凑、合理,从前面的方案二中可以基本了解它的工作原理。凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件,它运动时,通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。一般的凸轮机构都是以凸轮为原动件,从动件部分与凸轮以高副连接。3.2 凸轮机构传动的特点:凸轮机构的优点是: 只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到任意的预期运动,而且结构简单、紧凑、设计方便,因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到广泛应用。凸轮机构的缺点是:凸轮与从动件间为点或线接触,易磨损,只宜用于传力不大的场合;凸轮轮廓精度要求较高,需用数控机床进行加工;从动件的行程不能过大,否则会使凸轮变得笨重;3.3 搅动凸轮机构的设计计算3.3.1 确定从动件的运动规律:在卷烟包装机储烟上料机构中,搅动凸轮的转速是:n160 转/分。(属于中速转动)从动件为滚子,带动搅动杆作上下往复运动,从整个的凸轮机构来看,搅动杆在搅动凸轮带动下作上下 8 搅动,在整过过程中搅动杆产生微振动,从而达到理顺烟支的功能,保证烟支顺利下落,查表 8.5-5 可以选择运动类型为余弦加速度,其运动规律特性值为:1 503.3.2 确定凸轮机构的类型及机构尺寸:凸轮机构的作用是使滚子带动拖板从而带动搅动杆作上下往复运动,所以从动件的运动方式为直动从动件平面凸轮机构,属于平面凸轮机构,而由于机构本身的机构比较紧凑,尺寸都比较小,而且载荷不大,所以我们在选择从动件的类型时选滚子从动件,只要做好润滑,可以达到良好的效果。凸轮的升程为 8,但为了保证搅动杆在升程中存在振动需要设计小的升值。 1.凸轮基圆半径的确定 根据凸轮结构确定的初值,设计凸轮机构时, 基圆半径选得越小, 机构越紧凑。 但基圆半径的减小会使压力角增大。 搅动凸轮机构为盘型滚子直动从动机构故30,e8,s8r0 小时,变大,或大时,r0 小当取时,r0 最小。即:792.滚子半径的确定:保证从动件运动不失真并限制接触应力使凸轮结构比较合理: 保证滚子机构合理:由于凸轮机构部分机构紧凑,尺寸都比较小,为了保证滚子的强度以及结构上的搭配,我们选择将滚子安装在轴承上,将轴承固定在齿条上,然后将平常意义上的轴作为凸轮机构上的滚子,使其在凸轮槽里滚动,带动齿条的往复运动。从而我们必须使。从前面的约束条件,我们确定滚子的半径为:163.3.3 凸轮的轮廓面的设计1.凸轮的理论廓面的形成由于上述设计过程未考虑滚子与凸轮之间在搅动杆运动方向的相对运动,由此所得凸轮机构,其从动件实际运动规律与预期运动规律在理论上即存在偏差,所以是一种近似设计方法。欲消除设计偏差,必须对理论轮廓曲线进行修正,或者根据滚子与凸轮间的相对空间运动关系,采用解析法对凸轮轮廓曲面进行精确设计。不过,无论是采用作图法还是解析法设计凸轮轮廓曲线,所依据的基本原理都是反转法原理。若设想将凸轮的外表面展开在平面上,则得到一个长度为2R 的移动凸轮图 a,其移动速度 VR。利用反转法原理,给整个移动凸轮一个的公共线速度-V,使之反向移动,则凸轮静止不动,而滚子则一方面随其导轨沿-V方向移动,同时又在导轨中按预期的运动规律往复移动。显然,推杆作复合运动时,其滚子中心 B 描出的轨迹图中的点划线 )即为凸轮的理论廓线。而图中切于推杆滚子圆柱的两条包络线 即凸轮的工作廓线(在图 3-1 中只给出搅动凸轮轮廓线的一半,另一半关于直线 BO 对称)。图 3-1 搅动凸轮轮廓线在这里我们设对搅动凸轮建立如图 3-2 所示的坐标系,选取直角坐标系xOy 如图所示。图中,点为从动件处于起始位置时滚子中心所处的位置;当凸轮转过角后,从动件的位移为根据反转法原理作图,由图中可以看出,此时滚子中心将处于点,该点的直角坐标为 (3.1)式中,为偏距;。式 3.1 即为理论轮廓线的方程式。若为对心移动从动件,由于,故上式可写成3.22.实际廓线方程当滚子沿凸轮滚动的过程中,凸轮的实际廓线是以理论廓线上各点为圆心,作一系列滚子圆,然后作该圆族的包络线得到的。因此,实际廓线与理论廓线在法线方向上处处等距,该距离均等于滚子半径。所以,如果已知理论廓线上任一点 B 的坐标时,只要沿理论廓线在该点的法线方向取距离为,即可得到实际廓线上相应点 B的坐标值。 由高等数学可知,曲线上任一点的法线斜率与该点的切线斜率互为负倒数,故理论廓线处的法线的斜率为式中 , 可由式 3.1 求得。由上图可以看出,当求出后,实际廓线上对应点的坐标可由下式求出:(3.4)式中可由式 3.3 求出,即有将上两表达式代入式(3.4)可得3.5 此即凸轮实际廓线的方程式。式中,上面一组加减号表示一条内包络廓,下面一组加减号表示一条外包络线。3.4 搅动凸轮轮廓线的优化设计根据凸轮机构设计的一般方法设计出来的搅动凸轮能够按要求完成使两根搅动杆完成上下 8 搅动的功能,但搅动杆在整个搅动过程中搅动杆平滑无细微的振动,烟支下落速度受限制,很难达到理顺烟支的功能,因此需要对搅动凸轮的理论轮廓线进行优化,使所带动的搅动杆在上下搅动的同时产生一定的微振动。要达到上述功能只需要修改搅动凸轮的轮廓线,使其在满足基圆半径和升程不变的前提下,修改凸轮轮廓线。要使搅动杆上产生微搅动使烟支下落更顺利,只需修改凸轮理论轮廓线,在理论轮廓线上引入小圆弧。其实际使在平滑的凸轮外轮廓变成由各种圆弧组成的外轮廓。运用数学方法对凸轮理想轮廓进行优化设计,由于该搅动凸轮轮廓是一个关于凸轮中心对称的椭圆轮廓,故也关于其本身的两条中心轴对称。因此我们只需要对其四分之一轮廓进行优化设计。 如下图图 3-2 所示,由 R22 圆心在凸轮轮廓线外的圆弧和 R39 圆心在偏离凸轮中心轮廓中心 8 处的圆弧和圆心在凸轮轮廓中心 R79 的圆弧以及由深度为 1 和其他连接圆弧组成的。其方案满足设计和优化要求。图 3-2 搅动凸轮优化外轮廓第四章 重要零件的尺寸计算与校核 由于本设计只是对卷烟包装机储烟上料机构进行设计,为了不对整个机械的大规模生产产生很大的影响和改动,在设计过程中,我尽量的沿用原有机构的零件及尺寸,只有在一些必须作出改动和核算的地方才会有尺寸的变动。下面将介绍重要零件的设计计算及尺寸的相应改动。4.1 轴的计算和校核在储烟上料机构中,通过轴带动链轮旋转,链轮带动搅动凸轮旋转,搅动凸轮带动搅动杆实现烟支搅动,使烟支顺着下烟通道进入推烟板,在搅动凸轮转动 180的过程中,由于拖板的带动,搅动杆上下搅动,从而实现理顺烟支的功能。其轴示意图如图 4-1 所示图 4-1 轴的示意图我们已经知道轴上的功率大约为 3、转速计算扭矩初步确定轴的最小直径先初步的估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢,调质处理HBS220250。查表 15-3 得,计算轴的直径 传动轴的最小直径处很明显是安装轴承的地方。为了能和轴承配套我们选择轴的直径与轴承相适应,由于轴所收的载荷是从轴上零件上传过来的,计算时,常将轴上的分布载荷简化为集中力,其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩,一般从传动件轮毂宽度的中点算起。我们中点轴受力矩后,可针对某些危险的截面作出校核和计算。按第三强度理论,计算应力对于直径为的圆轴,弯曲应力,扭转切应力为,将 和 代入式中,查表15-1,、由于轴是 45 钢,代如数据进行核算,则(轴向力引起的压应力和弯曲应力相比,一般较小,故忽略不计) 轴的外形和尺寸,以及载荷的基础上我们还要验算和分析几个危险截面,算出安全系数由于只要是受扭转切应力,应满足 材料是均匀的,因此 S1.31.5。轴在载荷作用下,将产生扭转变形。若变形超过允许的限度,就会影响轴上零件的正常工作,甚至会丧失机构应有的工作性能。轴的扭转变形用每米长的 扭转角来表示。传动轴扭转角为0.51 4.2 搅动凸轮强度校核组成凸轮副的凸轮轮廓与从动件之间理论上是点接触或线接触。在载荷的作用下,接触处因弹性变形而形成一个微小的接触面,凸轮副材料在其上各自产生与接触面垂直的接触应力和与接触面平行的剪切应力。由于接触面很小,因而这种应力往往很大,而且在凸轮运转过程中这种应力是交变的。对于滚子从动件盘形凸轮机构,滚子与凸轮轮廓理论上为线接触,考虑到弹性变形,实际上为很小的面接触。接触面上的最大接触应力可按赫兹公式计算式中 rf 为滚子半径 mm,即 rfrT;rc 为凸轮实际轮廓上接触点处的曲率半径 mm;mf、mc 分别为从动件和凸轮的材料泊松比;Ef、Ec 分别为从动件和凸轮的材料弹性模量 MPa;b 为从动件与凸轮的接触宽度 mm;FN 为凸轮副的法向压力 N,可通过对凸轮机构的力分析获得;中的+用于凸轮轮廓外凸时,-用于凸轮轮廓内凹时。Fn3kN,b6, Ef 206000MPa , Ec 206000 MPa , mfmc0.3将相关数据式 4-1 得sH2HB+40由于凸轮机构运转过程中法向压力 F 和凸轮轮廓接触点曲率半径是变化的,为凸轮转角 的函数,因此 sH 也是 的函数。接触强度校核必须对凸轮机构一个运动循环中的最大接触应力进行计算,并要求满足:第五章 对零件进行数字化建模5.1PRO/ENGINEER 简介PRO/ENGINEER 最先是由有美国 PTC 公司于 1989 年推出的,很快被广泛的应用于自动化、电子、医疗器械、汽车、航天航空、机械、消费产品等多个领域。在随后的几是年里,此软件不断的发展完善,它是优秀的 CAD/CAM/CAE 集成软件。广泛应用于机械设计、工业设计、功能仿真、模拟制造和数据管理领域的三维自动化模型设计软件。在生产过程中能将设计、制造和工程分析 3 个环节有机的结合起来,使企业能够对现代市场产品的多样性、复杂性、可靠性和经济性等做出迅速的反应,增强了企业的市场竞争能力。PRO/ENGINEER 建模技术具有强大的三维建模功能,可以轻松创建出各种复杂的三维模型。PRO/ENGINEER 可以创建拉伸、旋转、混合、扫描等基础特征,也可以首先绘制各种边界曲线,然后通过曲线生成各种各样的曲面,最后由曲面生成三维实体。这是 PRO/ENGINEER 进行复杂三维造型设计的主要方法,通过这些方法,PRO/ENGINEER 可以满足任何三维造型设计的要求。5.2 对典型零件的数字化建模在开始创建几何图形前,我们首先应该了解零件的基本形状,才能确定用什么命令来创建它,其次我们还要了解到它的基本尺寸,在前面的设计计算中已经有了对这些零件的基本尺寸的了解,接下来我们对它们进行数字化建模,主要步骤一般是:建立一个新文件-创建草绘剖面图-创建基础实体特征-创建工程特征-特征修改-零件图形处理。在本次设计中要数字化建模实体图中,包括左凸轮、搅动杆、搅动凸轮、等主要零件的建模,在这些实体建模过程中,用到了大部分的实体建模命令,下面我们通过具体例子的建模来介绍PRO/E 的建模过程。5.2.1 搅动杆的数字化建模 搅动杆是本次设计中的一个非常典型的零件,在 PRO/E 环境下的建模过程如下:1)建立新文件 单击菜单 File/New 命令,打开 New 对话框,选择 Part 类型,在 Name 栏中输入新建文件名“jiaodonggan”.单击 OK 按钮,进入零件设计工作环境。2)使用旋转工具建立毛坯轴。单击按钮打开旋